【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及余壓發電領域，具體是一種高壓力大壓比天然氣壓差發電系統及應用于該系統的透平膨脹機裝置。
技術介紹
1、隨著國家碳達峰、碳中和的生態文明建設整體布局的實施，構建清潔低碳安全高效的能源體系、控制化石能源總量、著力提高利用能效、推動能源結構轉型升級成為電力行業發展趨勢，各國將戰略目標轉移至傳統能源的節能提效以及新能源的開發普及。
2、天然氣管線輸送過程中蘊藏豐富的壓力能，如何既能實現管線減壓又能高效回收綠色壓力能成為當下研究的難點課題。天然氣氣井出口壓力一般為20~26mpa，溫度近乎常溫，氣體成分復雜，氣體流量大且下游需求不一，或降壓至10~6mpa供工業用氣，或降壓至2.5mpa~4mpa供城市主干線，或減壓至0.1~0.4mpa供區域用戶，原有工藝管道利用總輸氣管道輸至下游各廠站。
3、壓差透平膨脹機作為一種能量回收裝置，可替代傳統氣體高壓輸送管道到低壓配氣管道間的減壓閥，使這一部分氣體壓力能在透平中轉化為機械能，可直接驅動發電機發電，或作為原動機驅動各類壓縮機；可廣泛應用于天然氣管輸領域、石油化工生產領域等。經透平膨脹機回收后產生的電能，在滿足工廠自身用電的同時，盈余電力可上網發電，大大減少生產耗能，增加能量利用率，提高整體經濟效益。
4、在實際使用時，使用壓差透平膨脹機進行發電時，需要應對高壓力、大壓比等場景。例如具有高壓力、大壓比的氣井等；在設置壓差透平膨脹機時，
5、常規設置需要對原始管路系統進行改造，其往往存在改造大，周期長，導致系統停修時間長的問題；同時，
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于：針對現有技術的不足，提供一種高壓力大壓比天然氣壓差發電系統及應用于該系統的透平膨脹機裝置。本專利技術對原始工藝管道系統改造小，周期短，最大程度縮短系統停修時間；適用于天然氣采氣井口場站等高壓力環境；其可替代原有減壓閥組，回收壓力能實現發電，具備高壓力逐級減壓手段，單套壓差膨脹機設備既可實現多段壓力輸出，也充分結合工業廢熱實現上網發電，同時，與旁路協同控制可維持上下游管道氣體壓力溫度、保證下游供氣不間斷。
2、本專利技術的技術目的通過下述技術方案實現：
3、一種高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，包括總輸氣管道以及與總輸氣管道連接的支路；所述支路包括多個壓力段且壓力段之間串聯連接；所述壓力段包括透平膨脹機、與透平膨脹機進氣端連接的透平膨脹機進氣管道、與透平膨脹機出氣端連接的透平膨脹機出氣管道以及與透平膨脹機并聯的旁路減壓閥；所述壓力段包括至少一個換熱器；每個壓力段的透平膨脹機出氣管道包括連接下游用戶的用戶連接管道和下一壓力段的透平膨脹機進氣管道連接的進氣連接管道；相鄰壓力段的透平膨脹機進氣管道連接上一壓力段的透平膨脹機出氣管道的進氣連接管道，其中，最上一個壓力段的透平膨脹機進氣管道與總輸氣管道相連。
4、所述總輸氣管道上設置有用于處理天然氣雜質的過濾單元，且過濾單元設置在透平膨脹機進氣管道的入口前。
5、所述換熱器為級間換熱器或出口換熱器。
6、所述級間換熱器直接與透平膨脹機連接。
7、所述出口換熱器設置在透平膨脹機的出氣端。
8、一種應用于高壓力大壓比天然氣壓差發電系統的透平膨脹機裝置，包括多軸齒輪箱和多個離合器；所述多軸齒輪箱包括與發電機連接的輸出軸以及與透平膨脹機連接的輸入軸；所述輸出軸與輸入軸之間通過齒輪傳動；所述輸入軸的數量對應壓力段的數量，輸入軸與壓力段的透平膨脹機一一對應連接，且輸入軸與透平膨脹機之間設有離合器。
9、所述多軸齒輪箱、發電機、離合器以及設有透平膨脹機的各個壓力段統一設置于一個底座上/裝置撬內。
10、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
11、1.?本專利技術對原始工藝管道系統改造小，周期短，最大程度縮短系統停修時間；適用于天然氣采氣井口場站等高壓力環境；其可替代原有減壓閥組，回收壓力能實現發電，具備高壓力逐級減壓手段，單套壓差膨脹機設備既可實現多段壓力輸出，也充分結合工業廢熱實現上網發電，同時，與旁路協同控制可維持上下游管道氣體壓力溫度、保證下游供氣不間斷。
12、2.?本專利技術的支路包括多個壓力段且壓力段之間串聯連接。在總輸氣管道上設置支路，逐級、逐段利用透平進行減壓。上游供氣至下游用氣間具備多個壓力段，為適應多種壓力需求，各壓力段均可單獨輸出。
13、3.?本專利技術的壓力段包括透平膨脹機、與透平膨脹機進氣端連接的透平膨脹機進氣管道、與透平膨脹機出氣端連接的透平膨脹機出氣管道以及與透平膨脹機并聯的旁路減壓閥。旁路減壓閥可全流量或協同透平分流調節。
14、4.?本專利技術的每個壓力段的透平膨脹機出氣管道包括連接下游用戶的用戶連接管道和下一壓力段的透平膨脹機進氣管道連接的進氣連接管道。采用該技術措施，可滿足不同區域段用戶需求；同時避免單個壓力段壓差過大導致出現出口冰堵現象。
15、5.?本專利技術的壓力段包括至少一個換熱器。換熱器為級間換熱器或出口換熱器。通過設置換熱器，對從透平膨脹機出口端的天然氣進行再熱升溫，防止透平膨脹機出口天然氣溫度過低，避免出現露點。本系統利用透平膨脹機代替減壓閥實現壓力能回收發電，提高管網的運行經濟性，又利用工業廢熱，加熱天然氣，實現能源互補，進一步提高了能源利用率。
16、6.?本專利技術的整套透平膨脹機裝置主要由各壓力段的透平膨脹機、多軸齒輪箱、離合器、發電機等組成。多軸齒輪箱的輸入軸連接各壓力段的透平膨脹機，每組透平膨脹機與齒輪箱的輸入軸之間均配置一套離合器，多軸齒輪箱的輸出軸連接發電機。運行時，經過逐級減壓的天然氣在各段透平膨脹機內做功，通過齒輪箱變轉速至3000rpm并帶動發電機并網發電。各壓力段的透平膨脹機的轉速可根據分段參數差異化設計，以最大化的提高發電效率。如果某單組透平膨脹機需要停機，則可以協調相應旁路減壓閥全流量運行，此時相應離合器動作，脫開該組透平膨脹機與齒輪箱的輸入軸，完成單個設備停機。其它壓力段機組可繼續運行。單組或幾組透平膨脹機可獨立脫開齒輪箱停機檢修，不影響其他組透平膨脹機正常工作，實用性強；可顯著提高場站的壓力能利用效率。
17、7.本專利技術通過將所有透平膨脹機進行集成，將所有壓力段統一于一個底座上/裝置撬內。達到簡潔高效，占地面積小。
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1.一種高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，包括總輸氣管道以及與總輸氣管道連接的支路；所述支路包括多個壓力段且壓力段之間串聯連接；
2.根據權利要求1所述的高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，所述總輸氣管道上設置有用于處理天然氣雜質的過濾單元，且過濾單元設置在透平膨脹機進氣管道的入口前。
3.根據權利要求1所述的高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，所述換熱器為級間換熱器或出口換熱器。
4.根據權利要求3所述的高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，所述級間換熱器直接與透平膨脹機連接。
5.根據權利要求3所述的高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，所述出口換熱器設置在透平膨脹機的出氣端。
6.一種應用于權利要求1所述的高壓力大壓比天然氣壓差發電系統的透平膨脹機裝置，其特征在于，包括多軸齒輪箱和多個離合器；
7.根據權要求6所述的透平膨脹機裝置，其特征在于，所述多軸齒輪箱、發電機、離合器以及設有透平膨脹機的各個壓力段統一設置于一個底座上/裝置撬內。
【技術特征摘要】
1.一種高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，包括總輸氣管道以及與總輸氣管道連接的支路；所述支路包括多個壓力段且壓力段之間串聯連接；
2.根據權利要求1所述的高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，所述總輸氣管道上設置有用于處理天然氣雜質的過濾單元，且過濾單元設置在透平膨脹機進氣管道的入口前。
3.根據權利要求1所述的高壓力大壓比天然氣壓差發電系統，其特征在于，所述換熱器為級間換熱器或出口換熱器。
4.根據權利要求3所述的高壓力大壓...
【專利技術屬性】
技術研發人員：安寧，雷曉龍，李志明，岳書培，陶功新，饒真炎，田朝陽，李銘瑞，李娟，黃正敏，
申請(專利權)人：東方電氣集團東方汽輪機有限公司，
類型：發明
國別省市：
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